宝石中神奇的铬元素

□ TEXT 刘苏君 魏薇（新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院）

目前自然界中发现的矿物已超过3000种，但具有美观、稀少、耐久特性的能作为宝石原料的仅有200多种，而国际珠宝市场上主要的中高档宝石只有30种左右，尚不及矿物种类的百分之一，由此可见能称为宝石的矿物是多么稀少。

而具有美丽外表的宝石，颜色是衡量其品质的重要指标，如五大宝石中的祖母绿、红宝石、蓝宝石都是以其颜色的纯正、浓郁、均匀而取胜。现有的宝石学理论对于宝石颜色的成因是根据宝石的化学成分和外部构造特点，分为自色宝石和他色宝石。

自色宝石，是由作为宝石矿物基本化学组分中的元素而引起的颜色，如绿松石、孔雀石等。

他色宝石，是由宝石矿物中含有的微量杂质元素引起的颜色，这类宝石在十分纯净时是无色的。如纯净的刚玉是无色的，其化学分子式为Al2O3，当Al元素被微量Cr元素替代时，会呈现玫瑰红--红色，称为红宝石；当Al元素被微量Ti和Fe元素替代时，则呈现深浅不一的蓝色，称为蓝宝石。

宝石的致色元素主要为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等过渡金属元素、某些稀土元素（如钕、镨）和某些放射性元素（如铀）。众多的致色元素中有一个神奇的存在，它在不同的宝石中可以使宝石呈现最鲜亮的绿色或最浓郁的红色，或者使同一块宝石中在不同光源下呈现绿色或红色，呈现变色效应，它就是微量元素Cr。

祖母绿耳饰

祖母绿原料

翠榴石

一、Cr元素致色形成的绿色宝石

祖母绿被世人称为绿色宝石之王，它与钻石、红宝石、蓝宝石、猫眼被视为宝石中的五大珍宝，是绿柱石族宝石中最为重要和名贵的品种。祖母绿是铍铝硅酸盐矿物，化学式为Be3Al2(Si2O6)3，一般含有Cr、Fe、Ti、V等微量元素，Cr的质量分数在0.3%～1.0%左右。祖母绿的绿色柔和而鲜亮，为特征的Cr致色的翠绿色，且具有丝绒质感，和“矢车菊”蓝宝石给人以天鹅绒般的感觉很近似，备受欧洲地区的欢迎。祖母绿是宝石级的绿色绿柱石，其绿色要达到中等、浓艳的绿色调，就是色的浓度要比较饱和，而浅淡绿色的绿柱石通常是由Fe元素致色的，只能称之为绿色绿柱石。祖母绿是很古老的宝石，在古埃及时代就被应用在首饰中，中国人对祖母绿也十分喜爱，明、清两代帝王尤喜祖母绿，明朝皇帝把它视为同金绿猫眼一样珍贵，有“礼冠需猫睛、祖母绿”之说。

翠榴石中特征的马尾状包体

近些年石榴石中的绿色品种很受人们关注，其中钙铁榴石中的翠榴石是最受欢迎的种类。钙铁榴石的主要化学成分为Ca3Fe2(SiO4)3，其中Fe3+被Cr3+替换时即为翠榴石。翠榴石的色散值为0.057，高于钻石的0.044，因此也被称为世界上最为闪耀的宝石。翠榴石的产量很小，而且大部分质量都小于1克拉，达到2克拉的优质翠榴石非常罕见，而5克拉以上的则是世界级的宝石了。这也是为什么优质的翠榴石与祖母绿价格相当的原因了。

翡翠从古至今经历了时间长河的积累和筛选，形成了深刻的文化内涵，如今成为了东方审美的凝练及美好愿望的载体，是最受欢迎的玉石品种，在国人心中有着特殊的地位。翡翠中主要矿物硬玉的化学成分为NaAlSi2O6，可含有Cr、Fe、Ca、Mg、Mn、V等元素，当Cr3+替代了Fe3+，就会产生绿色，而Cr的替换幅度很大，可以从万分之几到百分之几，直至形成钠铬辉石。翡翠的绿色品种有一种通灵欲滴，给人极具生命力的感觉，我们常用“千种翡翠万种色”来形容翡翠神秘而充满魅力的绿色王国，即便同为绿色，也有深浅浓淡、嫩老明暗之分。在刚刚结束的保利香港2017秋拍中，就有数件高档翡翠首饰成交，其中一套由十二颗顶级“帝王绿”翡翠蛋面及钻石镶嵌而成的项链及耳环套装，就拍出了7千多万港币的高价。

和田玉和绿松石、独山玉、岫玉并称为中国四大名玉，是中华民族文化宝库中的珍贵遗产和艺术瑰宝，具有极其深厚的文化底蕴。根据颜色分类，和田玉可分为白玉、黄玉、墨玉、青玉、青白玉、糖玉、碧玉等几大类，而市场上受欢迎程度最高的除了白玉中的羊脂玉，就是碧玉了。和田玉的主要矿物透闪石的化学通式是Ca2(Mg，Fe)5Si8O22(OH)2，当Fe元素被Cr元素替代后，就产生绿色，形成碧玉。碧玉是中国玉文化历史上最早被使用和知道的玉种，新石器中晚期红山文化的典型器物碧玉龙被称为“中华第一玉雕龙”，有着6000多年的历史。碧玉鲜艳翠绿美丽的颜色，质地细腻的玉质，柔和滋润的光泽，长久以来都深受国人喜爱。

2017年保利秋拍翡翠套饰

和田玉国家标准实物样本

和田玉国家标准实物样本

二、Cr元素致色形成的红色宝石

红宝石是彩色宝石中最受欢迎的品种，在圣经中红宝石被誉为最珍贵的宝石，而其炽热的红色使人总是把它与坚贞、永恒联系在一起，所以红宝石也被称为宝石之王。红宝石的化学成分是铝的氧化物Al2O3，常含有微量的杂质元素Fe、Ti、Cr、Mn、V等，当Al元素被Cr元素替代时就形成以红宝石，Cr含量一般在0.1～3%之间，最高者可达4%。值得注意的是粉色刚玉不能定名为红宝石，而是被定名为粉红色蓝宝石，因为只有由Cr致色的红色刚玉才能够叫做红宝石，如斯里兰卡产出的帕德玛蓝宝石就是具有柔和粉橙色的蓝宝石。在国际珠宝市场有着重要地位的缅甸红宝石，就因含有丰富的Cr2O3，而具有鲜艳的玫红色-红色，其颜色品质最好者被称为鸽血红，是国际珠宝市场上可遇而不可求的珍品。

尖晶石是具有悠久历史的宝石品种，但在古代人们对宝石的鉴别是依靠肉眼对颜色的区别来定义的，而尖晶石和红宝石的颜色如此接近，所以红色尖晶石常被误认为红宝石，到了现代，随着物理、化学、光学、宝石学的发展，人们发现尖晶石和红宝石其实是两种完全不同的宝石。尖晶石的化学成分是MgAl2O4，当Al3+被Cr3+替代时，尖晶石会显现鲜艳的红色。目前世界上最具有传奇色彩、最迷人的重361克拉的“铁木尔红宝石”(TimurRuby)和1660年被镶在英帝国国王王冠上重约170克拉的“黑色王子红宝石”(BlackPrince'sRuby)，直到近代才鉴定出它们都是红色尖晶石。

鸽血红红宝石

鸽血红红宝石戒指

英帝国皇冠

尖晶石

变石

变石猫眼

三、Cr元素致色形成的具有变色效应的宝石

变色效应是指宝石的颜色随着入射光光谱能量分布或入射光波长的改变而改变的现象。而具有最明显变色效应的宝石就是金绿宝石，微量的铬元素使得其在日光或日光灯下呈现以绿色色调为主的颜色，而在白炽灯下或烛光下则呈现以红色色调为主的颜色，因此具有变色效应的金绿宝石可以直接命名为变石，而其它具有变色效应的宝石只能在其基本名称前加“变色”二字，如“变色石榴石”。变石为铍铝氧化物，化学式为BeAl2O4，常含有微量Fe、Cr、Ti等成分，而使金绿宝石具有变色效应的就是铬元素。因其显著的变色效应，变石被誉为白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石，同时变石又被称为亚历山大石，据说发现变石的这一天恰好是俄国沙皇亚历山大二世的生日，由此可见变石在宝石界特殊的地位。

具有变色效应的宝石还有石榴石、蓝宝石、尖晶石等，使这些宝石具有变色效应的原因都是因为宝石中含有微量的Cr元素。

彩色宝石的种类多种多样，是大自然赐予我们的珍宝，由于人类喜爱彩色的天性，而且宝石中所蕴含色彩之美丽，是其它任何物质和人工方法都无法比拟的，使得彩色宝石正在国际范围内日趋流行。而且，由于彩色宝石种类繁多且价格分布广泛，因此彩色宝石能够为不同阶层和喜好的人们带来更多选择的空间，中国珠宝消费的下一个热潮将会是彩色宝石。

（注：部分图片选自网络）